自制模拟电子基础实验箱的探索

创新者：张晶晶 李 莹 李正美 房 鹰 鲁 雯

自制模拟电子基础实验箱的探索

创新者：张晶晶 李 莹 李正美 房 鹰 鲁 雯

针对学生在模拟电子技术学习和实验中遇到的一些问题，发现模拟电子实验箱并不是功能越多、越精美越好，为了增强学生对实验的兴趣和信心，提高学生分析电路和连接电路的能力，研制了元器件可见的、单一功能的模拟电子技术基础实验箱。实践表明，该实验箱满足了教学的需要，电路维修方便，彰显了学校的办学特色，具有很高的实用性和推广价值。

作为一名大学生，从学生的角度讲，我们在应用模拟电子基础实验箱进行实验时，并不是功能越多，操作越方便越好，而是希望有更多的动手和观察的机会。现在的模拟电子实验箱越做越精美，把不太美观的元器件都藏在面板下，在做实验时，学生只需要进行简单的电路连接，并不能真正的理解实验内容和原理。所以元器件可见的、单一功能的实验箱更有利于学生学习，而且电路简单维修方便，锻炼了学生动手就能力，真正把学与用结合起来，彰显了学校的办学特色，因此自制实验箱具有很高的实用价值。

模拟电子基础实验箱改进的需求

常见问题

模拟电子技术作为我们的专业基础课，这门课所对应的实验是具有承前启后的关键作用的，是为以后学习的电子、机械等专业课培养动手能力、创新能力、实践能力的基础。

而在当今电子技术飞速发展的时代，电子元器件的更新换代的脚步也在加快，对于我校生物医学工程实验室的实验设备具有以下几大突出问题：

（1）对于实验室中的使用期长的实验箱，其中很多电子元器件已经老化甚至损坏，只是对于这些损坏的部分型号元器件来说，原厂家已经停产，而拆卸实验箱重组会使工作量和工作难度加大，因此使得实验箱部分电路不能使用，而有些可以使用的电路误差大，打击学生的自信心，使学生失去动手的兴趣；

（2）目前实验室中的实验箱在实验过程中，学生只能看见面板上的元器件符号和测试孔，而对于元器件真实的外观和真实的电路，学生并不能看到，由于对于元器件不能获得真实的感知，可以说也就丧失了实验本身的意义，以至于学生以后见到实物也不知道是什么元器件。

单一功能实验箱更方便学生学习

目前实验设备厂家生产的设备以多功能实验箱为主，他们认为的是一台便携的实验设备可以做越多的实验才算是完美，反而使结构变的越来越复杂，一个电路板密密麻麻全是元器件符号，对于刚接触实验的学生来说，看着就眼晕。这么复杂的设备，初次给学生的印象就给学生心理带来了复杂的压力，有的学生甚至没有心情继续学习下去。另一方面，这样的实验箱印刷电路板的布线也很复杂，一旦出现故障，检修也是相当困难。因此，作为满足学生学习为目的的实验设备，单一功能的实验箱更有实用的价值。

模拟电子基础实验箱研究的意义

现在的实验设备都是为了方便学生做实验，学生只要打开电源，进行简单的连线就可以记录实验结果，很快就把实验结束了。而做实验的最本质的目的却忽略了，单一功能的实验箱是把元器件安装在电路板的正面，学生可以直观的看到电路，观察电路，可以自己设计实验方案，连接电路等。这样一个实验做完，学生不仅掌握了基本的实验方法和原理，而且对元器件真实的了解和认知，都为以后打下了基础。真正的培养了学生的观察能力和实践能力。长远的来说，对于学生的素质也得到了锻炼和升华，有助于学生全方面的提高。

自制的模拟电子基础实验箱是根据实验内容的不同，而去做对应的实验电路模块，即把整体的一个电路板又分成几个单独的小电路，使复杂程度降低，而且元器件可见，学生学习更直观。而且自制的实验箱是由高校的任课教师带领学生针对模拟电子技术在教学时存在的对电子电路构成和应用等难以理解的问题，研发了本实验设备。把理论和实际密切联系起来，使得参与的同学得到更深层次的锻炼，是实践的好机会，更能体现教学的需求，增强了学生分析电路、测试电路的基本能力。自制的实验箱简单方便，出现故障的次数大大降低，即使偶尔出现故障，实验老师也能很快很轻易的排查出问题，继而可以自己动手维修，提高了实验箱的使用寿命。此外自制的实验箱成本低，可为学校在实验设备方面节约大笔经费。在实际运用中可以看出，该套自制的功能单一、布局简单、元器件安装在正面的模拟电子技术基础实验箱能满足教学需要，所以自制试验箱非常有必要，有推广价值。

自制模拟电子基础实验箱的实现

技术指标

（1）输入电源：单相三线220V；

（2）电压输出：直流0—±15V连续可调；直流固定±12V；

（3）函数信号源：频率范围为10Hz～500kHz；幅值为0～12Vp-p；

（4）工作环境：温度-10℃～+40℃，相对湿度≤85%（25℃）；

（5）装置容量：＜200VA。

单元电路的设计

通过与老师同学探讨了教学学习的需要和电路的整体功能性，我们把整个电路板分成5个模块，并把整个电路分解成5个小单元电路，包括功率放大电路、整流滤波稳压电路、集成RC振荡电路、分立电路和运算放大电路。此外还不能忽视这些小单元电路之间的联系。比如，在设计电源时，要先考虑到整个稳压电源的稳压值的要求所对应整流、滤波、稳压电路的输出电压，在设计过程中，要注意电路之间参数的影响。设计完成后要分别测试分析，如果出现了错误，可以逐一排查，这样按小电路逐一的检查大大节省了时间，使解决问题、分析问题更加便捷。

自制实验电路板的规划

设计好单元电路后，在电路板上安排各个单元电路的位置，根据电路板的大小，以适当的比例画上各个单元电路，印刷出电路板。例如功率放大电路的电路图如图1所示。

元器件的选取

电路和电路板规划好，就需要选择合适的元器件进行电路连接，元器件包括电容、电阻、电感、二极管、三极管、集成电路等多种元器件。当进行对元器件选择时，一方面要考虑这些小电路本身的要求，另一方面还要想到元器件固有的性能和特性参数等跟随环境温度的变化状况。这样综合的考虑，可以使每一个小电路都能有一定的稳定性，尤其在对二极管和三极管使用时，要注意环境温度、信号频率、工作电压等多种因素的影响，这样这些小电路构成的电路板更稳定耐用。

模拟电路的实现

选取好元器件后，把所有元器件全部安装在实验电路模板的正面，元器件与电路在正面通过焊接连接。

自制模拟电子基础实验箱的体会

通过长时间对电路设计、实现和改进，充分感觉到从一开始书面知识的学习到能做到学以致用这一变化能力的提升。在这漫长的过程中，从自己一点点摸索，到老师指导下对电路的设计，再到最后得到实验成果，内心是喜悦的、激动的。在这一实践过程中，只有亲手去做了，才能体会到能够自主的分析问题、解决问题是重要的。只有遇到问题自己不服输，并积极探索解决问题的方法，通过问老师和查阅资料，一点一滴才会拓宽自己的视野，渐渐地提升自己的能力，为以后的学习打下坚实的基础。这些事件也会对我们运用知识的能力和创新的能力产生潜移默化的影响。

在以前，自己学习这门课与做实验的时，很少能够理解实验的意义，很多时候都是按照老师的讲解，把电路连接好，测出数据就结束实验了，有时候遇到实验仪器的问题由于害怕麻烦，就放弃了实验。现在通过自制模拟电子基础实验箱，在实验中可以看到元器件，可以连接真实的电路，将知识性与趣味性融为了一体。在实验过程中学习的兴趣高涨，由于自制的实验箱单一简单，教师很好检修维护，学生也很少遇到仪器不准确的问题，在实验中大大鼓舞了学生的自信心。这样使实验能够按照教学标准更好的实行，每一位同学在实验中或多或少都能得到启发，大大体现了功能单一、布局简单、连接方便的实验箱才是现代的需要，一个能为教学、为学生带来更多好处的实验设备才是当代的追求。

在当今时代，电路设计不仅仅只是专业知识的要求，更是当今现代科技知识的要求，其在教学中的地位愈来愈重要，而自制模拟电子基础实验箱，可以由老师带领学生共同完成，这一过程无论参与人数多少，都会给参与的人带来或多或少的经验，使学生正适应当代的发展要求。而且自制的功能单一、布局简单、元器件安装在正面的模拟电子技术基础实验箱电路简单，维修方便，成本费用低，能为学校节约大笔实验设备经费，总的来说更彰显了学校的办学特色。

图1 功率放大电路图

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.015